基于DSP实验箱显示／控制模块的应用系统设计

基于DSP实验箱显示／控制模块的应用系统设计在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。宁波大学也十分重视DSP芯片技术的教学与研究，但开设DSP芯片技术课程的时间很短，仅两三年的时间，2004年底才引进了ICETEK-VC5416-USB／PP-EDU型DSP教学实验系统。而我们现有的实验内容仅仅是一些验证性的实验，每个实验项目都是局限于对实验箱中某一单一功能进行的，缺乏针对性，更不适合宁波大学特色办学--短学期的教学，这些问题对正常教学工作的开展造成了很大不利，不能锻炼学生的系统设计能力。因此，迫切要求开发出适合于短学期教学的实验项目。目前音乐播放系统(mp3)正由单一的播放功能逐步向集录音、收音、视屏播放等功能于一体的方向发展，对处理芯片的要求日益提高。DSP芯片体积小、功耗低、处理速度快，非常适合新的音乐播放系统的应用。本课题组成员针对我校开设的专业课《DSP芯片技术应用》及《DSP芯片应用系统设计》两门课程的特点及TMS320C54X系列DSP芯片的应用场合，努力探索了一套适合于培养学生软硬件系统设计能力的实验方案，从而提高学生解决实际应用问题的能力，并设计开发了基于DSP教学实验箱的音乐播放应用系统，本文主要介绍了该系统的设计过程和测试结果。2系统设计2.1系统设计思路一款普通的播放器主要有以下几个部分：数据端口、内存、微处理器、数字信号处理器、显示屏、播放控制、音频端口、放大器、电源等。DSP的实验箱的显示／控制模块主要由以下几部分组成：液晶显示、键盘输人、音频输出、电机转动等。可以将液晶显示部分来代替LCD显示控制器，而键盘可以充当音乐播放器的按键，音频输出则相当于音乐的产生，而电机转动则是模仿一个安全的音乐播放系统，他设置了门禁限制，只有输入正确密码才能进入，进入系统或退出系统时，电机逆向转动或正向转动。系统框图如图1所示。2.2系统的硬件设计(1)液晶部分液晶显示模块的访问、控制是由5416DSP对扩展I／O接口的操作完成。控制I／O口的寻址：命令控制I／O接口的地址为0x8001，数据控制I／O接口的地址为0x8003和0x8004，辅助控制I／O接口的地址为0x8002。发送控制命令：向液晶显示模块发送控制命令的方法是通过向命令控制I／O接口写入命令控制字，然后再向辅助控制接口写入0。(2)键盘部分键盘输入功能主要提供控制信号和数据的输入。键盘的扫描码由DSP的I／O扩展地址0x8001给出，当有键盘输入时，读此端口得到扫描码，当无键按下时读此端口的结果为0。各按键的扫描码排列如图2所示。(3)蜂鸣器和步进电机部分步进电机和蜂鸣器的原理都是按照一定的频率改变通用输出口的高低电平来驱动步进电机或蜂鸣器。18个McBSP引脚：当MCBSP的发送和接收部分处于复位状态时，可以将BCLKX0／1／2，BCLKR0／1／2，BDR0／1／2，BFSX0／1／2，BDX0／1／2作用通用I／O引脚，引脚主要由引脚控制寄存器(PCR)控制。对通用I／O进行的操作主要是设置通用串口寄存器，涉及到的寄存器有串口控制寄存器SPCR1，SPCR2和引脚控制寄存器PCR。2.3系统的软件设计系统软件设计主要包括三大功能模块：通行认证、修改密码、音乐播放，其核心部分是音乐播放，系统软件设计总体框图如图3所示。(1)通行认证通行认证需要完成的任务是判断输入的通行证是否正确。在通行证输入页面，液晶屏显示当前的密码位，当该位密码输入以后，将显示一个*符号，我们设定的密码位数为6位，密码的符号可以为键盘上的0～9，当6位密码完整输入以后，反白显示F确认菜单，提示确认密码。如果用户发现密码输入有误，可以随时按照屏幕上的提示E重新输入密码即按E键重新输入密码。如果此时用户想放弃进入音乐播放系统的请求，可以按照屏幕提示D退出按D键返回到待机页面。如果连续输错密码三次系统会报警。密码正确进入系统，步进电机转动进入音乐播放界面。(2)修改密码系统的密码保存在password变量中，可以通过修改password变量值来修改密码。在修改密码之前一定要先输入旧密码，防止密码被任意篡改。在输入新密码的过程中，为保证新密码是用户要设定的密码，程序要求输入两次新密码，在确认两次输入一致时才更新密码。在密码不一致的情况下返回设定密码页面。(3)音乐播放如图4所示，进入音乐播放主菜单后，系统会提示用户选择需要播放的曲目，用户选择好播放曲目进入播放界面。此时的播放界面主要有以下几个功能：音乐播放，音乐暂停，回放，快进，退出系统等。在音乐播放时键入0后音乐播放暂停，进入暂停页面，暂停后用户可以选择上一曲或者下一曲也可以选择继续播放，如果用户想选择其他播放曲目，可以通过回到播放主菜单的方式去选择所需要的播放曲目。3系统测试结果及分析我们完成了一个音乐播放系统的设计和调试，主要功能有通行认证、自动开门、自动报警、音乐播放和密码修改等，图4示出了系统的部分测试结果。系统首先显示基本页面，页面的信息可以按需要进行设定，然后进入欢迎页面(a)，随后出现提示页面，用户按A或B键来修改密码或进入音乐播放系统。若进入音乐播放系统，则首先应输入密码进行通行验证，如图4(b)所示，当密码达到6位时，F确认键闪烁显示，以提示用户，密码正确则显示(c)页面，密码错误则进入重置密码页面和报警页面(d)，允许用户输入三次密码，否则报警，按D键则退出系统。(e)图为曲目选择页面，用户可按数字键(1，2，3，4)选择相应的歌曲播放，在曲目播放页面(f)中，用户可完成暂停、回放、快进和退出等功能，其中在暂停页面，还可完成继续、上一曲、下一曲、返回主菜单和退出系统等功能，(g)为退出系统页面，同时电机顺时针转动以同步关门。若进入修改密码页面，用户先输入旧密码，这是防止他人恶意篡改密码，在连续两次输人新密码后，提示用户密码已经修改成功，并进入系统，修改密码页面如图4(h)所示。4结语我们设计了一个基于ICETEK-VC5416-USB／PP-EDU型DSP教学实验箱的音乐播放实验系统，该系统具备了音乐播放系统的基本功能，即液晶显示、键盘输入、歌曲播放、快进、回放、暂停等，在此基础上，我们还添加了系统的安全认证和密码修改功能，使得该系统功能更完善。本系统能够在实验箱上稳定运行，具有简洁、直观、安全等优点。另外，系统还用到了实验箱上多个硬件模块和多个DSP片内外设，对培养学生软硬件系统设计能力提供了良好的实验方案。